金属矿山阶段嗣后充填胶结充填体矿柱力学模型分析

矿柱宽度和充填体自立高度是阶段嗣后充填顺利实施的重要影响因素。基于弹性力学平面应变基本假设,建立阶段嗣后胶结充填体矿柱力学模型并进行理论求解。以某铁矿为工程分析实例,采用控制变量法(CVM)研究矿柱不同宽度、高度条件下,水平应力和剪应力的变化规律。研究表明:矿房极限宽度和高度分别为19.8 m和103.2 m。胶结充填体矿柱水平应力随矿柱高度的增高而逐渐增大;剪应力在矿柱中心位置达到最大,且高度越大,剪应力值也越大。在胶结充填体矿柱与非胶结充填体接触侧剪应力趋于定值。矿柱宽度分别为15、18、20 m时,其剪应力分别为243.8、292.6、325.1 k Pa。而产生剪应力的主要原因是非胶结充填体受水平应力作用在与胶结充填体矿柱接触面产生滑动摩擦力所致。

大阶段嗣后充填回采顺序及出矿控制技术研究

以马钢姑山矿后观音山矿体条件为工程背景,采用FLAC2D数值软件分析了嗣后充填法开采矿房引起的围岩应力、变形以及塑性区域变化情况,得到了围岩应力、变形及塑性区域变化规律。对比分析了5种回采顺序方案,确定了盘区矿房回采顺序;并从散体力学方面提出了阶段嗣后充填法出矿顺序,指导了矿山实际生产。

阶段嗣后充填开采采场稳定性相似材料模型试验

根据司家营铁矿南区充填法开采设计,选取南区S16勘探线附近的采场,采用相似材料模型试验的研究方法,模拟了首采-450 m中段单盘的两步开采和充填过程,借助位移计、光纤传感器和压力盒等仪器监测了试验模型的地表沉降和围岩的变形及应力分布,分析了采场变形和应力变化规律及充填体的稳定性。试验结果表明,阶段嗣后充填法开采对地表影响不大,充填可以有效控制地表岩移;开采过程中采场整体稳定性较好,但二步回采后采场顶板和间柱变形均发生较大变化,回采后应及时对阶段空场进行充填,并适当提高充填体的强度。最终成果为开展多中段多盘区的矿体开采的进一步研究提供了基础依据。

厚大矿床阶段嗣后充填采场逐段优化设计与数值分析

针对厚大矿床阶段嗣后充填采矿设计采用单一和确定的采场结构型式和参数的局限性,提出采场逐段优化设计方法。以河北省滦县司家营铁矿南区为工程背景,综合考虑安全生产和矿岩稳固条件存在的差异性,选择与之相适应的间隔式、对角式和点柱式的采场结构类型;从首采阶段开始,按照阶段开采顺序,以盘区采矿成本为优化目标,采场安全系数、地表岩移和矿石损失率为约束条件,借助FLAC3D三维数值模拟分析软件逐段建立阶段嗣后充填采场设计的优化模型,获得各个阶段的采场结构型式和优化参数。通过对最优方案的数值分析,研究和评价分段采矿设计地表岩移、围岩应力和采场稳定性。研究结果表明:逐段优化设计是实现厚大贫矿床安全高效开采的关键技术,对矿床生产具有一定的指导意义。

阶段嗣后充填体稳定性分析与采场结构参数优化

由于矿体的走向长度远大于矿房尺寸,因此将充填体力学问题简化为平面应变问题,推导出充填体在一侧暴露情况下的底部剪应力表达式。结合傲牛铁矿的开采技术条件,通过对不同配比充填体的底部剪应力随矿房高度与宽度变化关系的分析,从而确定矿房与矿柱高为40m,宽分别为40m和30m。该研究成果可以为类似金属矿山开采提供理论依据。

阶段嗣后充填采充过程稳定性分析与充填体强度匹配研究

以阶段嗣后充填采矿法的司家营铁矿南区为研究背景,在现有的工程地质资料的基础上,运用经典理论模型法和工程类比计算法,通过对矿房、胶结充填体、围岩作用下充填体和采场承载结构矿柱等四个方面进行稳定性分析,以及对充填体强度与采场围岩进行匹配研究,进而验证充填体强度在回采和充填过程中能否满足稳定性的要求。

高阶段嗣后充填采矿大型采场底部矿柱回采探讨

吴集铁矿北段和李楼铁矿-400 m中段采用分段凿岩高阶段嗣后充填采矿法,在-400 m水平布置出矿底部结构,底部结构矿柱矿量损失大,损失率可达8%～9%。为了提高回采率,减少矿石损失,根据底部矿柱实际情况和结构特征,初步回采方案可以在充填前或充填后均可以进行安全回收,现场应用取得了良好的预期效果,提高了矿山的资源利用率和延长服务年限。

金属矿阶段嗣后充填预留顶柱厚度力学模型

预留顶柱厚度是保证金属矿阶段嗣后充填安全的重要影响因素之一。基于弹性力学平面应变基本假设,建立金属矿阶段嗣后充填预留顶柱厚度的力学模型,并利用伽辽金法进行理论求解。以某铜矿为工程分析实例,研究预留顶柱水平应力随厚度和上部荷载的变化规律,以及厚度与矿房长度之间的变化规律。研究表明:当矿房尺寸一定,预留顶柱厚度不变,水平应力随着上部荷载增加呈线性增大;上部荷载不变,水平应力随着厚度的增加呈二项式下降。当矿房宽度、水平应力和上部荷载一定,预留顶柱厚度随着矿房长度增加呈二项式增大。结合工程实例确定预留顶柱厚度,可以满足矿山安全生产要求。研究成果对金属矿阶段嗣后充填预留顶柱厚度的选取具有一定理论指导意义。

中关铁矿阶段嗣后充填采矿法底部结构优化研究

中关铁矿原设计采用双矿房共用单出矿巷道堑沟式底部结构,出矿进路和穿脉巷道局部采用锚网喷支护,出矿过程中,在出矿进路与底部结构交叉处经常发生塌方等险肇事故。为提升底部结构的安全性,结合矿床开采条件,提出了长进路双矿房堑沟式底部结构以及复合加强支护技术,同时对底部结构巷道围岩进行应力实时监测。结果表明:长进路双矿房底部结构成型及稳定性达到预期效果,该结构可大大减少采切工程量,提高装矿巷道的使用寿命,降低安全风险。

倾斜中厚矿体阶段空场嗣后充填采矿工艺优化研究

分段凿岩阶段空场嗣后充填法是倾斜中厚矿体的高效采矿方法,但爆破、充填与采场稳定性之间关系复杂,可能存在地表塌陷、顶底板垮塌和回采损失率高的问题。采用工程类比、工业试验等手段,从回采顺序、切割方式、底部结构布置等方面对倾斜中厚矿体分段凿岩阶段空场嗣后充填法进行了工艺优化,并提出采场内不留间柱的布置方法。该方法在一步骤充填后将充填体侧帮直接与矿房相连接,并采用挤压爆破提高充填体强度和矿块的回采率。实施时间是该方法的关键,ANSYS/LS-DYNA数值模拟表明:采用中深孔挤压爆破形成切割槽时,应在采场充填及充填体养护7~9 d后进行。工程实践表明该方法具有可行性,能够为矿山生产提供技术支撑。

智能采掘装备在阶段空场嗣后充填法中的应用

随着国民经济建设的快速发展,地下矿产资源需求量不断增大,金、银、铜、铁等战略性矿产资源是国民经济的基础。为满足国家工业生产需求,需要提升地下矿山的开采效率,由于阶段空场嗣后充填采矿法便于实现机械化开采,在我国地下矿山得到了日益广泛的应用,但目前阶段其仍然存在关键环节和重点部位用人多、智能化程度较低、安全风险高等问题,如何实现安全、智能、绿色、高效开采是亟需解决的问题。本文详细介绍了采准、切割、回采三个环节智能采掘装备的特点及应用,提出了阶段空场嗣后充填采矿法的智能采掘方案,并已将该技术成功应用于矿山实际生产,实现了凿岩穿孔智能化、天井掘进无人化,对推动我国智能矿山建设提供了重要的技术装备支撑。

马坑铁矿阶段空场嗣后充填采矿法扰动效应研究

为了研究地下金属矿山开采扰动岩体的破坏情况及稳定性,以马坑铁矿西矿段+100 m中段矿体开采为背景,采用FLAC3D数值模拟软件构建三维模型,模拟中深孔爆破“隔一采三”开采方式和阶段空场嗣后充填采矿法开采,探究矿体开采后次生应力场演化规律、塑性区分布特征及变形位移规律。研究表明:矿体开采引起围岩的扰动与破坏、应力集中和塑性区的分布规律大致相同,主要分布在采场顶板、隅角、断层及断层与采场交界处;岩体扰动伴随拉伸、剪切等多种破坏形式,矿柱、顶板出现不同程度的损伤,同时引起顶底板不同程度的沉降和隆起,但总体变形量保持在安全范围内;阶段空场嗣后充填后采空区的应力状态、损伤破坏及位移变形趋于稳定,能有效保持采场的稳定。

深部低品位资源阶段空场嗣后充填采矿法采场结构优化与稳定性控制

基于阶段空场嗣后充填采矿法采场围岩稳定性控制难题,以某矿山深部急倾斜厚大矿体的赋存条件为背景,从改变采场几何形态和结构参数角度出发,提出将阶段采场顶部改变为拱形结构,开展拱形结构阶段空场嗣后充填采矿法围岩稳定性研究。从采场拱形形态及阶段采场跨高比入手,分析2个因素对采场稳定性影响。研究结果表明:采场拱形形态的设置和跨高比的优化可以提升采场整体稳定性。通过建立阶段采场拱形结构力学承载模型,进行采场拱形形态及跨高比因素的影响权重分析。跨高比对采场综合稳定性的影响最大,影响权重为66.41%,采场拱形形态对采场的边墙稳定性影响显著,影响权重为94.83%。综合围岩位移、裂纹演化规律及围岩开裂区等效深度等指标计算结果,确定最优采场结构参数为:采场高50 m、跨度20 m、采场形态特征角55°。

阶段空场嗣后充填采矿法生产能力分析与研究

随着矿山机械化水平的不断提高,大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法应用日趋广泛。为了科学客观地分析和计算其生产能力,综合考虑采切、凿岩、出矿、充填等工艺流程和盘区开采计划,构建了大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法生产能力计算模型,并对某大型钼矿进行了分析研究。研究结果表明:该矿山盘区开采共需时间为802d,盘区生产能力为2741.47t/d,盘区采场利用系数为0.25,单采场综合能力为913.82t/d,对比在产同类矿山,计算结果基本吻合,并且通过矿山生产反馈可进一步修正和完善模型。该研究成果对矿山产能设计和生产计划决策具有重要的理论意义和应用价值。

下向深孔阶段空场嗣后充填采矿法的优化研究

针对下向深孔阶段空场嗣后充填采矿法凿岩硐室工程量大、采准工程施工困难、空区顶板不规则、出矿不安全、充填接顶率低等问题进行优化研究。通过优化上部凿岩巷道的布置形式,克服了上部凿岩硐室工程量大,施工困难以及顶板不规则的问题;改进了下向深孔的布置形式,由下向平行孔改成下向扇形孔,提高了深孔凿岩效率,改善了空区顶板轮廓,提高了空区顶板的稳定性;通过采用遥控设备回收空区内的残矿,解决了出矿过程中的安全问题。优化后的采矿工艺顶板稳定性提高,回采作业安全,充填接顶率显著提高;采切比降低了8.09 m^(3)/kt,贫化率降低了7%,单个采场生产效率提高了200 t/d,可供类似矿山借鉴。

瓮福磷矿大塘矿阶段空场嗣后充填采场结构参数设计

大直径深孔阶段空场嗣后充填法是开采倾斜极厚矿体安全有效方法,合理的采场结构参数是维持采场稳定的前提。以瓮福磷矿白岩矿区大塘矿为工程背景,采用Mathews稳定图法确定了一步骤采场结构参数,基于“隔一采一”的回采方案,利用数值软件FLAC^(3D)研究了采场稳定性。结果表明,一步骤和二步骤采场结构参数均为45 m×15 m×30 m条件下,充填体及周围矿房均未达到其临界破坏强度,采场结构参数合理。研究结果为倾斜极厚矿体的安全回采提供了理论支撑。

阶段嗣后胶结充填体矿柱强度模型研究与应用

利用滑楔体极限平衡理论,建立胶结充填体矿柱侧向滑移失稳模型,考虑采场结构参数、充填材料自身特性和充填体-矿岩(柱)接触面特性的影响,分别得出胶结充填体矿柱与矿壁和非胶结充填体矿柱接触时所需强度模型。以中关铁矿为工程分析实例,开展室内充填配比试验。研究结果表明:当胶结充填体矿柱后壁与矿壁和非胶结充填体矿柱接触时,胶结充填体矿柱所需强度随阶段高度的增加分别呈对数函数和线性函数增长;中关铁矿胶结充填体矿柱所需强度为0.78~0.82MPa,经典强度设计模型计算值偏小,需选取安全系数为1.5~3.0;推荐中关铁矿使用的充填配比为灰砂比1:10、料浆质量分数70%,抗压强度、泌水率、塌落度和流动度均能满足采矿作业需求,水泥用量与原推荐方案相比可降低45.7%。

阶段嗣后充填采矿设计优化研究

针对大型贫铁矿采用的上向阶段嗣后充填采矿方法,提出超大采场开采的点柱式结构型式,同时开展了3种回采模式阶段嗣后充填采矿的可行性论证与采场结构参数的优化研究。针对司家营铁矿南区的工程和水文地质条件和充填体的力学参数,采用FLAC3D数值分析软件,设计不同回采方案下的正交数值试验,建立了南区开采的优化模型,得到不同回采模式下的最佳采场结构参数。通过对采场稳定性评价,揭示了不同回采模式的优越性和不足,从而使采矿设计方案适用于复杂变化的矿山工程地质条件,为实现矿山安全高效开采打下了基础。

分段凿岩阶段嗣后充填法在金山店铁矿的试验研究

简要介绍了金山店铁矿采用充填采矿法的紧迫性以及进行试验矿块作业的必要性。根据试验矿块的开采技术条件,结合矿山目前的具体情况,选择分段凿岩阶段嗣后充填采矿法,并对采准切割、回采等采矿工艺进行了设计。最后,结合试验采场现场作业中遇到的问题,提出补强锚索预控顶支护的建议,保障了下部采场的正常作业,解决了从崩落法向充填法的过渡问题。

大直径深孔阶段空场嗣后充填法侧向崩矿新方法的应用研究

根据柿竹园矿柴山工区矿体倾角、厚度及围岩性质,通过对几种采矿方法的比较、分析,决定采用大直径深孔阶段空场嗣后充填法,并在此基础上提出了一种侧向崩矿的新方法,即在矿房北端布置一条切割天井,以切割天井为自由面进行底部拉底和侧向切割立槽。详细介绍了该方案的采场要素及工艺过程,给出了试验爆破参数、装药结构以及起爆方式;并对新方案的应用提出了一些问题和建议。